Sähkömagneettinen yhteensopivuus piirisuunnittelussa

Abstract

Laitteiden suorituskyvyn kasvaessa elektroniset piirit altistuvat yhä enemmän sähkömagneettisille häiriöille. Näiden häiriöiden estäminen on yksi keskeisimmistä tavoitteista piirisuunnittelussa. Jotta piiri pystyy toimimaan ilman häiriöitä, tulee piiristä suunnitella sähkömagneettisesti yhteensopiva. Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on tarkastella sähkömagneettista yhteensopivuutta piirisuunnittelussa. Työ toteutettiin kirjallisuuskatsauksena. Työn lähteinä toimivat aihetta käsittelevät kirjat, vertaisarvioidut artikkelit, konferenssijulkaisut sekä elektroniikka-alan toimijoiden suunnitteluohjeet.

Sähkömagneettinen häiriö kytkeytyy piiriin neljällä eri tavalla: johtuvasti, induktiivisesti, kapasitiivisesti tai säteilevästi. Nämä tavat pohjautuvat suoraan sähkömagnetismin lakeihin. Häiriön vaikutukset piirin toimintaan vaihtelevat aina pienistä logiikkavirheistä kokonaisen laitteen rikkoutumiseen. Tämä voi aiheuttaa kriittisiä seurauksia monella alalla. Sähkömagneettinen yhteensopivuus eli EMC suojaa piirejä häiriöiltä sekä varmistaa laitteen toimivuuden sähkömagneettisessa ympäristössä. Erilaiset standardit ja ohjeet auttavat EMC:n saavuttamista laitteissa.

Sähkömagneettinen yhteensopivuus on tärkeä osa piirisuunnitteluprosessia. Se vaikuttaa prosessiin jo alusta alkaen. Suunnittelijan tulee tietää, minkälaiset standardit koskevat suunniteltavaa laitetta sekä minkälaisessa ympäristössä laite tulee toimimaan. Ottamalla sähkömagneettisen yhteensopivuuden huomioon heti prosessin alussa suunnittelija varmistaa paitsi alhaiset kustannukset, myös sen, että laite saadaan sertifioitua ja myytäväksi ajoissa.

Suunnittelija voi hyödyntää montaa eri keinoa sähkömagneettisen yhteensopivuuden saavuttamiseksi piirissä. Maadoitus ja piirilevyratkaisut ovat tehokkaita tapoja varmistaa piirin yhteensopivuus. Myös oikeanlaisella johdotuksella, komponentti- ja johtovalinnalla, suojauksella, suotimien käytöllä sekä materiaalivalinnoilla on osansa häiriöiden kytkeytymisten estämisessä. Kaikilla näillä tavoilla on erilainen asema ja vaikutus piirisuunnitteluprosessiin. Suunnittelijan tulee tietää, miten nämä ratkaisut vaikuttavat piirilevyn suunnitteluun ja milloin näitä ratkaisuja kannattaa hyödyntää.

Sähkömagneettinen yhteensopivuus tulee korostumaan yhä enemmän tulevaisuudessa. Uudet käyttökohteet sekä piirien kasvava toimintakyky vaativat suunnittelijoita kehittämään uusia ratkaisuja suunnittelun avuksi. Tulevaisuudessa tekoälyn ja koneoppimisen käyttö suunnittelussa kasvaa. Samalla kehitetään uusia suojausmateriaaleja, jotka sopivat entistä vaativimpiin sovelluksiin.